DE102020111071B4

DE102020111071B4 - Zwischenschicht einer Teilstruktur, welche Erhebungen hat, und einer weiteren Teilstruktur mit Füllpartikeln in Aussparungen zwischen den Erhebungen sowie Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102020111071B4
Application number: DE102020111071.5A
Authority: DE
Inventors: Stefan Schwab; Edmund Riedl
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2020-04-23
Filing date: 2020-04-23
Publication date: 2022-08-11
Anticipated expiration: 2040-04-24
Also published as: CN113555325A; US20210335686A1; CN113555325B; US12136578B2; US20240413033A1; DE102020111071A1

Abstract

Eine Struktur (150), wobei die Struktur (150) aufweist:• eine erste Teilstruktur (152); und• eine zweite Teilstruktur (154), welche mit der ersten Teilstruktur (152) gekoppelt ist und welche ein Verbund ist, welcher Füllpartikel (156) in einer Matrix (158) aufweist;• wobei eine Oberfläche der ersten Teilstruktur (152) ein Oberflächenprofil mit ersten Erhebungen (160) und ersten Aussparungen (162) hat, welche konfiguriert sind, zumindest einem Teil der Füllpartikel (156) zu ermöglichen, zumindest teilweise in die ersten Aussparungen (162) einzutreten, um dadurch eine Zwischenschicht (164) zu bilden, welche die ersten Erhebungen (160) der ersten Teilstruktur (152) und Füllpartikel (156) in der Matrix (158) der zweiten Teilstruktur (154) aufweist;• wobei die Oberfläche der ersten Teilstruktur (152) zweite Erhebungen (168) und zweite Aussparungen (170) hat, welche auf den ersten Erhebungen (160) und den ersten Aussparungen (162) gebildet sind;• wobei die zweiten Aussparungen (170) dimensioniert sind, zumindest einem Teil der Matrix (158) zu ermöglichen, zumindest teilweise in die zweiten Aussparungen (170) einzutreten und dimensioniert sind, zu verhindern, dass die Füllpartikel (156) in die zweiten Aussparungen (170) eintreten.

Description

Hintergrund
Technisches Gebiet
Verschiedene Ausführungsformen beziehen sich im Allgemeinen auf eine Struktur, ein Package und ein Verfahren zum Herstellen einer Struktur.
Beschreibung des Stands der Technik
Ein herkömmliches Package kann eine elektronische Komponente aufweisen, welche auf einem Chipträger montiert ist, beispielsweise ein Leiterrahmen, kann elektrisch mittels eines Bonddrahts verbunden sein, welcher sich von dem Chip zu dem Chipträger erstreckt, und kann unter Verwendung einer Formmasse (mold compound) als eine Einkapselung eingegossen (molded) sein.
Eine Delaminierung von Bestandteilen eines Packages kann ein Problem darstellen.
US 2007/0262432 A1 offenbart eine Halbleitervorrichtung, welche einen Halbleiterchip aufweist, der mittels einer Lötschicht auf einem Systemträger, zum Beispiel einem Leiterrahmen, befestigt ist. Bonddrähte verbinden Kontaktbereiche des Halbleiterchips mit Kontaktbereichen des Systemträgers. Die Bonddrähte können mit einer haftfördernden Schicht versehen sein, um die Haftung an einem Epoxidgehäuse zu verbessern.
US 5 116 885 A offenbart eine Harz-Zusammensetzung zum Einkapseln von Halbleiterelementen, um die Halbleiterelemente vor äußeren Einflüssen zu schützen. Um die Eigenschaften der Harz-Zusammensetzung zu modifizieren, kann diese Füllpartikel enthalten. Die Füllpartikel können eine durchschnittliche Partikelgröße von 0,05 µm bis 150 µm haben und beispielsweise aus Aluminiumoxid oder Siliziumoxid sein.
DE 10 2004 047 510 A1 offenbart ein Halbleiterbauteil mit Halbleiterbauteilkomponenten, welche in einer Kunststoffgehäusemasse eingebettet sind. Um die Haftung an der Kunststoffgehäusemasse zu verbessern, können Abschnitte eines Trägers sowie die darauf angeordneten
Halbleiterbauteilkomponenten mit einer Haftvermittlerschicht überzogen sein, welche eine mikroporöse Morphologie aufweist.
Zusammenfassung
Es mag ein Bedarf bestehen, eine Materialschnittstelle zu einer Einkapselung zu bilden, um eine gute Haftung zu erzielen.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist eine Struktur bereitgestellt, welche eine erste Teilstruktur und eine zweite Teilstruktur aufweist, welche mit der ersten Teilstruktur gekoppelt ist und welche ein Verbund ist, welcher Füllpartikel in einer Matrix aufweist, wobei eine Oberfläche der ersten Teilstruktur ein Oberflächenprofil mit ersten Erhebungen und ersten Aussparungen hat, welche konfiguriert sind, zumindest einem Teil der Füllpartikel zu ermöglichen, zumindest teilweise in die ersten Aussparungen einzutreten, um dadurch eine Zwischenschicht zu bilden, welche die ersten Erhebungen der ersten Teilstruktur und die Füllpartikel in der Matrix der zweiten Teilstruktur aufweist.
Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform ist ein Package bereitgestellt, welches zumindest einen funktionellen Packagekörper, eine Einkapselung, welche zumindest einen Teil des zumindest einen funktionellen Packagekörpers einkapselt, und eine Struktur, welche die vorangehend genannten Merkmale hat, als eine Schnittstelle zwischen der Einkapselung und dem zumindest einen Teil des zumindest einen funktionellen Packagekörpers aufweist, wobei die erste Teilstruktur einen Teil des zumindest einen funktionellen Packagekörpers bildet und die zweite Teilstruktur zumindest einen Teil der Einkapselung bildet.
Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform ist ein Verfahren zum Herstellen einer Struktur bereitgestellt, wobei das Verfahren ein Koppeln einer ersten Teilstruktur mit einer zweiten Teilstruktur, ein Konfigurieren der zweiten Teilstruktur als ein Verbund, welcher Füllpartikel in einer Matrix aufweist, ein Konfigurieren einer Oberfläche der ersten Teilstruktur mit einem Oberflächenprofil, welches erste Erhebungen und erste Aussparungen hat, und ein zumindest teilweises Einbringen von zumindest einem Teil der Füllpartikel in die ersten Aussparungen aufweist, um eine Zwischenschicht zu bilden, welche die ersten Erhebungen der ersten Teilstruktur und die Füllpartikel in der Matrix der zweiten Teilstruktur aufweist.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist eine Struktur bereitgestellt, welche eine erste Teilstruktur aufweist, welche mit einer zweiten Teilstruktur verbunden ist, wobei die Letztere Füllpartikel in einer Matrix hat. Herkömmlich hat eine derartige Anordnung einen mechanischen Schwachpunkt an einer Schnittstelle zwischen der ersten Teilstruktur und der zweiten Teilstruktur. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann eine verbesserte Biegefestigkeit in einer Zwischenschicht in einem Übergangsbereich zwischen der ersten Teilstruktur und der zweiten Teilstruktur erzielt werden, mittels Bereitstellens der ersten Teilstruktur mit einer Sequenz von ersten Erhebungen und ersten Aussparungen, wobei die ersten Erhebungen so dimensioniert sind, dass die Füllpartikel in die ersten Aussparungen eintreten können. Als Ergebnis kann eine Zwischenschicht aus gemischten Materialeigenschaften aufgrund der Anwesenheit der ersten Erhebungen, der Füllpartikel und des Matrixmaterials erhalten werden, welche überraschenderweise eine erhöhte Biegefestigkeit in der Zwischenschicht zeigt. Somit kann eine herkömmliche mechanische Schwachstelle in einem Schnittstellenbereich zwischen der ersten Teilstruktur und der zweiten Teilstruktur beseitigt werden und die mechanische Integrität der Struktur als Ganzes kann verbessert werden. Insbesondere kann die Haftung zwischen der ersten Teilstruktur und der zweiten Teilstruktur mittels der Zwischenschicht signifikant gefördert werden. Eine Rissbildung in der Zwischenschicht kann deutlich unterdrückt werden.
Auf äußerst vorteilhafte Weise kann eine Struktur gemäß einer beispielhaften Ausführungsform als eine Schnittstelle zwischen einer Einkapselung und einem funktionellen Packagekörper eines Packages (beispielsweise ein Package zum Verpacken einer eingekapselten elektronischen Komponente) implementiert sein. Beispielsweise kann ein derartiger funktioneller Packagekörper die elektronische Komponente, ein Träger darunter und/oder ein anderes elektrisch leitfähiges Leitelement (beispielsweise eine Klemme oder ein Bonddraht) sein. Mit einer vorangehend beschriebenen Struktur in einem Schnittstellenbereich zwischen der Einkapselung und dem funktionellen Packagekörper können eine Delaminierung von Bestandteilen des Packages, ein Verlust der elektrischen Zuverlässigkeit, eine Beeinträchtigung der mechanischen Integrität und eine Reduzierung der Performance des Packages zuverlässig verhindert werden.
Beschreibung von weiteren beispielhaften Ausführungsformen
Im Folgenden sind weitere beispielhafte Ausführungsformen des Verfahrens, der Struktur und des Packages erläutert.
Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Package“ insbesondere eine elektronische Vorrichtung bezeichnen, welche eine oder mehrere elektronische Komponenten aufweist, welche unter Verwendung einer Einkapselung verpackt sind. Optional können auch ein Träger für die elektronische Komponente und/oder ein oder mehrere elektrisch leitfähige Kontaktelemente (beispielsweise Bonddrähte oder Klemmen) in einem Package implementiert sein.
Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „funktioneller Packagekörper“ insbesondere jeden Bestandteil oder Element des Packages bezeichnen, welches zu der Funktion des Packages beiträgt. Ein derartiger funktioneller Packagekörper kann beispielsweise eine eingekapselte elektronische Komponente sein, beispielsweise ein Halbleiterchip. Ein anderes Beispiel für einen funktionellen Packagekörper ist ein Träger, welcher eine elektronische Komponente trägt, beispielsweise ein leiterrahmenartiger Träger. Noch ein anderes Beispiel für einen funktionellen Packagekörper ist eine elektrisch leitfähige Verbindungsstruktur, beispielsweise eine Klemme oder ein Bonddraht, welche zum Verbinden einer elektronischen Komponente mit einem Träger verwendet wird.
Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Einkapselung“ insbesondere ein elektrisch isolierendes Material bezeichnen, welches zumindest einen Teil einer elektronischen Komponente und/oder zumindest einen Teil eines Trägers umgibt, um mechanischen Schutz, elektrische Isolation und optional einen Beitrag zur Wärmeableitung während des Betriebs bereitzustellen. Insbesondere kann die Einkapselung eine Formmasse sein.
Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Matrix“ insbesondere ein aushärtbares flüssiges oder fließfähiges Medium und/oder eine Suspension (slurry) sein. Die Matrix kann auf das Aushärten hin fest werden. Beispielsweise kann die Matrix ein Harz aufweisen, beispielsweise ein Epoxidharz.
Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Füllpartikel“ insbesondere eine (insbesondere eine pulverförmige oder granulatartige) Substanz bezeichnen, welche innere Volumen in der Matrix ausfüllt. Durch die Auswahl des Füllstoffs können die physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften der Einkapselung eingestellt werden. Derartige Eigenschaften können den thermischen Ausdehnungskoeffizienten, die thermische Leitfähigkeit, dielektrische Eigenschaften, etc. enthalten. Die Füllpartikel können somit hinzugefügt werden, um die physikalischen, chemischen, etc. Eigenschaften der Einkapselung feineinzustellen. Beispielsweise können die Füllpartikel die thermische Leitfähigkeit der Einkapselung erhöhen, um effizient Wärme aus einem Inneren des Packages abzuleiten (derartige Wärme kann mittels der elektronischen Komponente erzeugt werden, beispielsweise wenn sie als Leistungshalbleiterchip verkörpert ist). Es ist auch möglich, dass die Füllpartikel ein verbessertes dielektrisches Entkoppeln zwischen der elektronischen Komponente und der Umgebung des Packages bereitstellen.
In einer Ausführungsform kann eine große Anzahl von ersten Erhebungen und eine große Anzahl von ersten Aussparungen bereitgestellt sein, jeweils insbesondere zumindest 10, weiter insbesondere zumindest 100, bevorzugt zumindest 1000.
In einer Ausführungsform definieren die ersten Erhebungen und die ersten Aussparungen eine erste Rauigkeit. Eine ausgeprägte Oberflächenrauigkeit zwischen der ersten Teilstruktur und der zweiten Teilstruktur kann die Verbindungsoberfläche zwischen der ersten Teilstruktur und der zweiten Teilstruktur erhöhen und kann somit auch die mechanische Robustheit der Struktur als Ganzes verbessern.
In einer Ausführungsform haben die ersten Erhebungen und die ersten Aussparungen eine Tiefe in einem Bereich von 0,1 µm bis 50 µm, insbesondere in einem Bereich von 0,1 µm bis 10 µm, weiter insbesondere in einem Bereich von 0,6 µm bis 5 µm. Die Tiefe kann einen vertikalen Abstand zwischen einem Boden der ersten Aussparungen und einer Spitze einer benachbarten ersten Erhebung bezeichnen. Somit können die ersten Erhebungen in Zusammenarbeit mit den ersten Aussparungen Mikrostrukturen bilden, d. h. mikroskopische Strukturen, welche Dimensionen in der Größenordnung von Mikrometern haben. Dies kann es Füllpartikeln, welche Dimensionen haben, die insbesondere für Formmassen von Halbleiter-Packages geeignet sind, ermöglichen, in die ersten Aussparungen in der Zwischenschicht einzutreten, um die mechanische Robustheit zu erhöhen.
In einer Ausführungsform haben die Füllpartikel (beispielsweise alle oder mindestens 80 % oder mindestens 90 % der Füllpartikel) einen Durchmesser in einem Bereich von 10 nm bis 10 µm, insbesondere in einem Bereich von 20 nm bis 2 µm, weiter insbesondere in einem Bereich von 50 nm bis 1 µm. Somit können die Dimensionen der Füllpartikel gemäß den Dimensionen der ersten Erhebungen und der ersten Aussparungen eingestellt sein, um die Biegefestigkeit der Zwischenschicht zu erhöhen. In einer Ausführungsform können sogar größere Füllpartikel in der Formmasse sein, jedoch beispielsweise nicht in der Zwischenschicht. Somit können die Füllpartikel in der Formmasse sogar größer sein, beispielsweise bis zu 100 µm. Somit können größere Füllpartikel in dem Harz sein. Es ist allerdings möglich, Mischungen mit Füllpartikeln zu verwenden, welche kleiner als die oben genannten Werte sind.
In einer Ausführungsform ist ein Verhältnis zwischen einer vertikalen Tiefe der ersten Erhebungen (d. h. ein vertikaler Abstand zwischen einem Boden einer ersten Aussparung und einer Spitze einer benachbarten ersten Erhebung) und einem seitlichen Abstand zwischen oberen Spitzen von benachbarten ersten Erhebungen zumindest 0,2, ist insbesondere in einem Bereich von 0,2 bis 5. In anderen Worten können die ersten Erhebungen eine ausgeprägte vertikale Höhe und einen relativ kleinen horizontalen Abstand dazwischen haben. Durch diese Maßnahme kann der Schutz der Zwischenschicht vor einem Brechen und einer Delaminierung im Fall einer mechanischen Belastung signifikant verbessert werden.
In einer Ausführungsform hat die Oberfläche der ersten Teilstruktur zweite Erhebungen und zweite Aussparungen, welche auf den ersten Erhebungen und/oder auf den ersten Aussparungen gebildet sind. Die zweiten Erhebungen und die zweiten Aussparungen können mit kleineren Dimensionen als die ersten Erhebungen und die ersten Aussparungen bereitgestellt sein. Auf äußerst vorteilhafte Weise können die ersten Erhebungen und die ersten Aussparungen mittels der zweiten Erhebungen und der zweiten Aussparungen moduliert sein, um dadurch die Hafteigenschaften der Zwischenschicht zu verfeinern. Anschaulich können die ersten Erhebungen und die ersten Aussparungen die Biegefestigkeit an der Schnittstelle zwischen der ersten Teilstruktur und der zweiten Teilstruktur mittels Füllstoff-Inkorporation erhöhen. Auf synergistische Weise können die zweiten Erhebungen und die zweiten Aussparungen die Haftung verstärken, indem sie ein mechanisches Verankern fördern. Insbesondere kann die Kombination der ersten und zweiten Aussparungen und Erhebungen signifikant die mechanischen Eigenschaften der Struktur oder des Packages als Ganzes verbessern.
In einer Ausführungsform kann eine große Anzahl von zweiten Erhebungen und eine große Anzahl von zweiten Aussparungen bereitgestellt sein, jeweils insbesondere zumindest 10, weiter insbesondere zumindest 100, bevorzugt zumindest 1000.
In einer Ausführungsform definieren die zweiten Erhebungen und die zweiten Aussparungen eine zweite Rauigkeit, welche kleiner als die erste Rauigkeit ist. Auf vorteilhafte Weise stellen auch die zweiten Erhebungen und die zweiten Aussparungen eine zusätzliche Rauigkeit der Oberfläche der ersten Teilstruktur bereit, allerdings auf einer kleineren dimensionalen Skala.
In einer Ausführungsform haben die zweiten Erhebungen und die zweiten Aussparungen eine Tiefe in einem Bereich von 1 nm bis 100 nm, insbesondere in einem Bereich von 10 nm bis 50 nm. Somit können die zweiten Erhebungen in Zusammenarbeit mit den zweiten Aussparungen Nanostrukturen bilden, d. h. nanoskopische Strukturen, welche Dimensionen in der Größenordnung von Nanometern haben. Dies kann die Haftung zwischen der ersten Teilstruktur und der zweiten Teilstruktur fördern, zum Erhöhen der mechanischen Robustheit der Struktur und des Packages als Ganzes.
In einer Ausführungsform sind die zweiten Erhebungen und die zweiten Aussparungen konfiguriert, zumindest einem Teil der Matrix zu ermöglichen, zumindest teilweise in die zweiten Aussparungen einzutreten. Allerdings können die zweiten Aussparungen auch konfiguriert sein, zu verhindern, dass die Füllpartikel in die zweiten Aussparungen eintreten. Somit kann dem Matrixmaterial, jedoch nicht den Füllpartikeln, ermöglicht werden, in die zweiten Aussparungen einzutreten, in Hinblick auf die dimensionalen Einschränkungen. Das Matrixmaterial in den zweiten Aussparungen kann die Haftung zwischen der ersten Teilstruktur und der zweiten Teilstruktur verbessern und kann ebenfalls zu einem mechanischen Ineinandergreifen beitragen. Größere Füllpartikel können die Biegefestigkeit erhöhen, wenn sie in den ersten Aussparungen positioniert sind.
In einer Ausführungsform haben die Füllpartikel einen homogenen Durchmesser. In anderen Worten können verschiedene Füllpartikel im Wesentlichen alle dieselben Dimensionen haben. Alternativ und bevorzugt können die Füllpartikel allerdings eine Durchmesserverteilung haben. Wenn die Füllpartikel mit einer Durchmesserverteilung statt einem homogenen Durchmesser bereitgestellt sind, können die Füllpartikel eine sogar noch bessere Haftung zwischen der ersten Teilstruktur und der zweiten Teilstruktur zeigen.
In einer Ausführungsform sind ein erster Abschnitt der ersten Teilstruktur, welcher die ersten Erhebungen definiert, und ein zweiter Abschnitt der ersten Teilstruktur, welcher die zweiten Erhebungen definiert, aus dem gleichen Material. Mittels integralen Bildens der ersten Erhebungen und der zweiten Erhebungen aus einem gemeinsamen Körper aus dem gleichen Material kann die mechanische Integrität der Struktur als Ganzes verbessert werden.
In einer anderen Ausführungsform sind ein erster Abschnitt der ersten Teilstruktur, welcher die ersten Erhebungen definiert, und ein zweiter Abschnitt der ersten Teilstruktur, welcher die zweiten Erhebungen definiert, aus verschiedenen Materialien. Durch diese Maßnahme können die Eigenschaften der ersten Erhebungen und die Eigenschaften der zweiten Erhebungen individuell eingestellt werden, zum Feineinstellen der gewünschten Eigenschaften zum Verbessern der Haftung.
In einer Ausführungsform weist die erste Teilstruktur einen Basiskörper auf, auf welchem die ersten Erhebungen gebildet sind. Ein derartiger Basiskörper oder Stütze kann einer spezifischen Behandlung unterzogen werden, beispielsweise Elektroplattieren, zum Bilden der Sequenz von ersten Erhebungen und ersten Aussparungen darauf.
In einer Ausführungsform sind der Basiskörper und die ersten Erhebungen aus dem gleichen Material. Dies kann die Stabilität der Struktur als Ganzes erhöhen.
In einer anderen Ausführungsform sind der Basiskörper und die ersten Erhebungen aus verschiedenen Materialien. Dies kann eine individuelle Einstellung des Basiskörpermaterials und des Materials der ersten Erhebungen ermöglichen. Beispielsweise können die ersten Erhebungen auf dem Basiskörper abgeschieden werden.
In einer Ausführungsform sind der Basiskörper und die ersten Erhebungen in direktem physischen Kontakt miteinander. Dies kann zu einer guten Haftung oder Kohäsion beitragen.
In einer Ausführungsform weist die Struktur eine intermediäre Schicht, insbesondere eine Keimschicht, zwischen dem Basiskörper und den ersten Erhebungen auf. Ein sandwichartiges Anordnen einer Keimschicht zwischen dem Basiskörper und den Erhebungen kann das Bilden der ersten Erhebungen vereinfachen und kann auch die Haftung fördern.
Darüber hinaus kann eine derartige Keimschicht auch als Korrosionsbarriere wirken. Somit kann die Keimschicht eine Korrosionsbarriere oder eine Diffusionsbarriere sein. Sie kann aus dem gleichen Material wie die ersten Erhebungen oder aus anderen Materialien gebildet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest ein Hinterschnitt zwischen dem Basiskörper und den ersten Erhebungen gebildet. Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Hinterschnitt“ insbesondere einen Hohlraum bezeichnen, welcher mittels des Basiskörpers und der ersten Erhebungen derartig begrenzt ist, dass in einem Hinterschnittbereich ein Winkel zwischen einer Seitenwand einer entsprechenden ersten Erhebung und dem Basiskörper kleiner als 90° ist, d. h. ein spitzer Winkel ist. Ein Hinterschnitt kann ein Schnitt sein, welcher in dem unteren Teil der entsprechenden ersten Erhebung gebildet ist, um einen Überhang zu erzeugen. Ein Hinterschnitt kann eine ausgesparte Oberfläche definieren, welche unter Verwendung eines geraden Elements unzugänglich ist. Es hat sich herausgestellt, dass das Bilden von Hinterschnitten die Biegefestigkeit in der Zwischenschicht signifikant verbessert, insbesondere bei der Anwesenheit von Füllpartikeln auch in dem einen oder den mehreren Hinterschnitten.
In einer Ausführungsform ist der zumindest eine Hinterschnitt gebildet, um ein mechanisches Ineinandergreifen und dadurch die Haftung in der Zwischenschicht zu fördern. Dies kann die mechanische Robustheit der Struktur und des Packages weiter verbessern. Beispielsweise korrespondiert der zumindest eine Hinterschnitt zu einer Porengeometrie mit einem Seitenwinkel, welcher kleiner als 90° ist.
In einer Ausführungsform haben die Füllpartikel einen Wert des thermischen Ausdehnungskoeffizienten (CTE), welcher so ausgewählt ist, dass die Anwesenheit der Füllpartikel in der Zwischenschicht eine Fehlanpassung zwischen den thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen der ersten Teilstruktur und der zweiten Teilstruktur reduziert, im Vergleich mit einer Abwesenheit der Füllpartikeln in der Zwischenschicht. In anderen Worten kann eine CTE Fehlanpassung zwischen der ersten Struktur und dem Matrixmaterial in der Zwischenschicht reduziert werden. Als Folge kann ein thermischer Stress aufgrund verschiedener thermischer Ausdehnungen der ersten Erhebungen und dem Matrixmaterial auf Temperaturänderungen hin reduziert werden.
In einer Ausführungsform hat die Zwischenschicht eine Dicke in einem Bereich von 0,1 µm bis 10 µm, insbesondere in einem Bereich von 0,6 µm bis 5 µm. Mit den Dimensionen kann die verbesserte Biegefestigkeit sehr gut erzielt werden.
In einer Ausführungsform weist die erste Teilstruktur Kupfer auf oder besteht daraus. Allerdings kann die erste Teilstruktur auch aus anderen Metallen (beispielsweise Aluminium) sein. Eine Schnittstelle zwischen einem Metall und einer Einkapselung kann bei herkömmlichen Packages eine mechanische Schwachstelle sein.
In einer Ausführungsform ist die zweite Teilstruktur eine Formmasse. Eine Formmasse kann eine Matrix aus einem fließfähigen und aushärtbaren Material und darin eingebetteten Füllpartikeln aufweisen. Beispielsweise können die Füllpartikel verwendet werden, um die Eigenschaften der Formmasse einzustellen. Insbesondere kann diese Einstellung vorgenommen werden, um die thermische Leitfähigkeit zu erhöhen, die thermischen Ausdehnungskoeffizienten (CTE) anzupassen und/oder die Biegefestigkeit zu erhöhen.
In einer Ausführungsform weist die Struktur ein zusätzliches haftförderndes Material zwischen den zweiten Erhebungen und den zweiten Aussparungen einerseits und der zweiten Teilstruktur andererseits auf. Beispielsweise kann ein derartiges zusätzliches haftförderndes Material Fasern, eine dünne Folie und/oder Nanopartikel aufweisen. Anschaulich kann somit eine dreifache haftfördernde Architektur bereitgestellt sein, d. h. eine gröbere Rauigkeit (bereitgestellt mittels der ersten Erhebungen und der ersten Aussparungen) kombiniert mit einer feineren Rauigkeit (bereitgestellt mittels der zweiten Erhebungen und der zweiten Aussparungen) und einem zusätzlichen Haftvermittler darauf. Dies kann die mechanische Robustheit in der Zwischenschicht weiter verbessern.
In einer Ausführungsform verjüngt sich zumindest ein Teil der ersten Erhebungen in Richtung der zweiten Teilstruktur. Dies kann ausreichend große Öffnungen bilden, welche es den Füllpartikeln vereinfachen, in die ersten Aussparungen einzutreten.
In einer Ausführungsform sind die ersten Erhebungen und/oder die zweiten Erhebungen in einer zweidimensionalen zufälligen Weise angeordnet. In anderen Worten können die ersten Erhebungen und/oder die zweiten Erhebungen in einer zufälligen Weise über einen kontinuierlichen Oberflächenbereich hinweg angeordnet sein. Ein derartiger kontinuierlicher haftfördernder Teppich mit einer unregelmäßigen Struktur aus Erhebungen und Aussparungen hat sich als ein besonders leistungsstarkes Profil zum Verbessern der Haftung und Erhöhen der Biegefestigkeit herausgestellt.
In einer Ausführungsform weist der zumindest eine funktionelle Packagekörper einen Träger auf. Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Träger“ insbesondere eine Stützstruktur (welche zumindest teilweise elektrisch leitfähig sein kann) bezeichnen, welche als eine mechanische Stütze für die darauf zu montierenden elektronischen Komponenten dient, und welche auch zu der elektrischen Verbindung zwischen den elektronischen Komponenten und der Peripherie des Packages beiträgt. In anderen Worten kann der Träger eine mechanische Stützfunktion und eine elektrische Verbindungsfunktion erfüllen. Ein Träger kann ein einzelnes Teil, mehrere Teile, welche via die Einkapselung oder andere Packagekomponenten verbunden sind, oder eine Teilbaugruppe aus Trägern aufweisen oder daraus bestehen. Wenn der Träger einen Teil eines Leiterrahmens bildet, kann er ein Chip-Pad sein oder aufweisen.
In einer Ausführungsform weist der zumindest eine funktionelle Packagekörper eine elektronische Komponente auf. Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „elektronische Komponente“ insbesondere einen Halbleiterchip (insbesondere einen Leistungshalbleiterchip), eine aktive elektronische Vorrichtung (beispielsweise ein Transistor), eine passive elektronische Komponente (beispielsweise eine Kapazitanz oder eine Induktanz oder einen ohmschen Widerstand), einen Sensor (beispielsweise ein Mikrofon, einen Lichtsensor oder ein Gassensor), einen Aktuator (beispielsweise ein Lautsprecher), und ein mikroelektromechanisches System (MEMS) umfassen. Allerdings kann die eingekapselte Vorrichtung in anderen Ausführungsformen auch von einem anderen Typ sein, beispielsweise ein mechatronisches Element, insbesondere ein mechanischer Schalter, etc.
Die elektronische Komponente kann auf dem Träger montiert sein. Somit kann der Träger eine mechanische Stützfunktion und auch eine elektrische Koppelfunktion erfüllen.
In einer Ausführungsform weist der zumindest eine funktionelle Packagekörper ein elektrisch leitfähiges Kontaktelement auf, welches die elektronische Komponente mit dem Träger elektrisch koppelt. Ein derartiges elektrisch leitfähiges Kontaktelement kann eine Klemme, ein Bonddraht oder ein Bondband sein. Eine Klemme kann ein gebogener elektrisch leitfähiger Körper sein, welcher eine elektrische Verbindung mit einer großen Verbindungsfläche zu einer oberen Hauptoberfläche einer jeweiligen elektronischen Komponente bewerkstelligt. Zusätzlich oder alternativ zu einer derartigen Klemme ist es auch möglich, einen oder mehrere andere elektrisch leitfähige Verbindungskörper in dem Package zu implementieren, beispielsweise einen Bonddraht und/oder ein Bondband, welcher die elektronische Komponente mit dem Träger verbindet oder verschiedene Pads einer elektronischen Komponente verbindet.
In einer Ausführungsform sind die ersten Erhebungen und die zweiten Erhebungen mittels Elektroplattierens gebildet. Der Begriff „Elektroplattieren“ kann einen Prozess bezeichnen, welcher einen elektrischen Strom verwendet, um gelöste Metallkationen zu reduzieren, so dass sie eine dünne kohärente Metallbeschichtung auf eine Elektrode bilden. Der Begriff Elektroplattieren kann auch eine elektrische Oxidation von Anionen auf ein festes Substrat bezeichnen. Elektroplattieren kann verwendet werden, um die Oberflächeneigenschaften eines Basiskörpers zu verändern, um die Haftung zu fördern. Mittels Einstellens der Elektroplattieren-Parameter in einem galvanischen Reaktor können die Eigenschaften der ersten Erhebungen und der ersten Aussparungen (und optional auch der zweiten Erhebungen und der zweiten Aussparungen) eingestellt werden. Beispielsweise sind Parameter, welche zum Einstellen der Eigenschaften der Erhebungen und Aussparungen während des Elektroplattierens verwendet werden können, eine geeignete Auswahl der Elektrolyt-Zusammensetzung, eine Stromdichte, welche für die Abscheidung verwendet wird, eine Temperatur, eine Plattierungszeit (beispielsweise in einem Bereich von 3 Sekunden bis 7 Sekunden, beispielsweise 5 Sekunden), etc. Insbesondere kann auf vorteilhafte Weise Impuls-Plattieren (pulse plating) angewendet werden. Indem eine derartige Einstellung vorgenommen wird, kann ein nadelartiges und/oder schwammartiges Array von Erhebungen und Vertiefungen erhalten werden. Dies kann das Bilden der vorangehend genannten Mikrostrukturen und Nanostrukturen ermöglichen. Es kann ebenfalls möglich sein, ein Laser-Aufrauen auszuführen, um (insbesondere die zweiten) Mikrostrukturen zu bilden.
In einer Ausführungsform weist das Verfahren das Bilden der ersten Erhebungen und der zweiten Erhebungen in einem gemeinsamen Prozess auf, insbesondere gleichzeitig. Mittels Bildens der ersten und der zweiten Erhebungen und der ersten und der zweiten Aussparungen gleichzeitig kann eine einfache Herstellung möglich sein. Beispielsweise kann dies mittels Elektroplattierens erfolgen.
In einer Ausführungsform kann ein Haftvermittler in der Zwischenschicht vorgesehen sein, bevorzugt ein Haftvermittler auf zumindest zwei dimensionalen Skalen (insbesondere mittels der ersten Erhebungen und Aussparungen und der zweiten Erhebungen und Aussparungen). Ein Haftvermittler einer größeren dimensionalen Skala kann in Form der ersten Erhebungen und ersten Aussparungen bereitgestellt sein, wohingegen ein Haftvermittler einer kleineren dimensionalen Skala in Form der zweiten Erhebungen und zweiten Aussparungen bereitgestellt sein kann. Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Haftvermittler“ insbesondere irgendein Material und/oder eine Maßnahme bezeichnen, welche die Haftung zwischen der ersten Teilstruktur und der zweiten Teilstruktur erhöht. Genauer kann ein derartiger Haftvermittler (oder Kopplungsmittel oder Bondmittel) als eine Schnittstelle zwischen der ersten Teilstruktur und der zweiten Teilstruktur wirken, um die Haftung zwischen diesen zwei Teilstrukturen zu verstärken.
Insbesondere kann ein morphologischer Haftvermittler bereitgestellt sein, d. h. ein Haftvermittler, welcher eine morphologische Struktur hat. Entsprechend kann das Herstellungsverfahren das Bilden eines Haftvermittlers aufweisen, insbesondere eines morphologischen Haftvermittlers, auf dem jeweiligen funktionellen Packagekörper vor dem Einkapseln. Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „morphologische Struktur“ insbesondere eine Struktur bezeichnen, welche eine Topologie und/oder poröse Struktur hat und/oder welche derartig geformt ist, dass sie die Verbindungsoberfläche mit einem verbundenen Material der Einkapselung und/oder des funktionellen Packagekörpers erhöht, um dadurch die Haftung zu fördern. Darüber hinaus kann die Morphologie eines morphologischen Haftvermittlers ein vorteilhaftes mechanisches Ineinandergreifen zwischen dem Material der Einkapselung und/oder dem funktionellen Packagekörper einerseits und dem Material des morphologischen Haftvermittlers andererseits bewirken. In anderen Worten fördert eine morphologische Struktur die Haftung aufgrund ihrer Form, anstatt die Haftung nur aufgrund ihrer Chemie zu fördern. Allerdings ist es auch möglich, dass eine morphologische Struktur auf synergistische Weise aus einem Material ist, welches hinsichtlich seiner intrinsischen Eigenschaften, zusätzlich zu der Form, die Haftung fördert. Insbesondere kann ein morphologischer Haftvermittler ein poröses Material sein. Eine besondere Form und insbesondere das Erhöhen der inneren Oberfläche des Haftvermittlers kann die Haftung zwischen der ersten Teilstruktur und der zweiten Teilstruktur (beispielsweise die Einkapselung und der Chip) verstärken, welche mittels des morphologischen Haftvermittlers vermittelt wird.
In einer Ausführungsform weist der morphologische Haftvermittler zumindest eines aus der Gruppe auf, bestehend aus einer metallischen Struktur, einer Legierungsstruktur, einer Chrom-Struktur, einer Vanadium-Struktur, einer Molybdän-Struktur, einer Zink-Struktur, einer Mangan-Struktur, einer Kobalt-Struktur, einer Nickel-Struktur, einer Kupfer-Struktur, einer Flammen-abgeschiedenen (flame deposited) Struktur, einer aufgerauten Metallstruktur (insbesondere eine aufgeraute Kupfer-Struktur oder eine aufgeraute Aluminiumoxid-Struktur), und jedem Oxid, Nitrid, Carbid und Selenid von jeder der Strukturen. Alle Strukturen können diese Metalle und/oder die Legierungen davon aufweisen oder daraus bestehen. Zusätzlich können diese Strukturen diese Metalle und ihre Legierungsoxide aufweisen oder daraus bestehen. Insbesondere sind einzelne Oxide und gemischte Oxide in verschiedenen Ausführungsformen möglich. Ob die Legierung oxidiert oder nicht kann von dem thermischen Budget bei der Produktion abhängen. Allerdings können auch andere Materialien und Strukturen für den morphologischen Haftvermittler verwendet werden. Die vorangehend genannte Flammen-abgeschiedene Struktur kann Siliziumdioxid, jedes Titanoxid (beispielsweise TiO₂, TiO, Ti_xO_y), etc. aufweisen oder daraus bestehen. Jede metallorganische Vorstufe kann verwendet werden, welche in einer Mischung mit einem Brenngas verbrannt werden kann, beispielsweise Propan oder Butan, und das bestimmte Metalloxid bildet.
Insbesondere kann ein morphologischer Haftvermittler unter Verwendung von Atomlagenabscheidung (ALD), chemischer Dampfabscheidung (CVD), etc. gebildet werden.
In einer anderen Ausführungsform ist der Haftvermittler ein organischer Haftvermittler, beispielsweise Silan. Ein derartiger organischer Haftvermittler kann die Haftung angesichts seiner chemischen Eigenschaften fördern.
In einer Ausführungsform weisen die ersten und/oder zweiten Aussparungen zumindest eines aus der Gruppe auf, bestehend aus Poren, Dentriten und Lücken zwischen Inseln einer strukturierten Struktur. Allerdings können auch andere Arten von Öffnungen gebildet werden, solange sie die Oberfläche des morphologischen Haftvermittlers vergrößern und das mechanische Ineinandergreifen fördern.
In einer Ausführungsform sind die Füllpartikel ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus kristallinem Siliziumoxid, geschmolzenem Siliziumoxid, kugelförmigem Siliziumoxid Titanoxid, Aluminium-Hydroxid, Magnesium-Hydroxid, ZirkoniumDioxid, Kalziumkarbonat, Kalzium-Silikat, Talk, Ton, Karbonfaser, Glasfaser und Mischungen daraus. Andere Füllmaterialien sind allerdings möglich, abhängig von den Anforderungen einer bestimmten Anwendung. Füllpartikel (beispielsweise SiO₂, Al₂O₃, Si₃N₄, BN, AlN, Diamant, etc.), beispielsweise zum Verbessern der thermischen Leitfähigkeit, können in der Einkapselung eingebettet sein. Allerdings können auch andere Füllpartikel in der Einkapselung implementiert sein, zusätzlich oder alternativ zu den genannten Füllpartikeln. Insbesondere können organische Partikel als Füllstoffe verwendet werden (beispielsweise können die Füllstoffe auch Polymere oder Polymermischungen, beispielsweise Epoxide, Polyethylen, Polypropylen, etc. aufweisen oder daraus bestehen). Es sollte auch erwähnt werden, dass die Füllstoffe in einer Weise behandelt werden können, welche die Haftung zwischen dem Füllstoff und der Einkapselung verbessert, welche den Füllstoff aufweist. Füllstoffbeschichtungen können aus der Gruppe aus Silanen, Thiolen oder porösen Strukturen sein. Auch poröse Füllstoffe können verwendet werden. Insbesondere können die Füllpartikel als Nanopartikel oder Mikropartikel bereitgestellt sein. Die Füllpartikel können identische Dimensionen haben oder können mit einer Verteilung von Partikelgrößen bereitgestellt sein. Eine derartige Partikelgrößenverteilung kann bevorzugt sein, da sie ein verbessertes Füllen von Lücken in einem Inneren der Einkapselung ermöglichen kann. Beispielsweise kann die Form der Füllpartikel zufällig, rund, würfelähnlich, flockenähnlich und schichtähnlich sein. Die Füllpartikel können modifiziert, beschichtet und/oder behandelt sein, um die Haftung und/oder die chemische Bindung zu der umgebenden Matrix zu verbessern. Beispiele sind Silane. Eine Beschichtung kann auch die Oberflächenenergie der Füllstoffe ändern und kann dadurch das Benetzen der Lösung/der Matrix verbessern und ermöglichen.
In einer Ausführungsform weist das Package einen Träger auf, auf welchem eine elektronische Komponente montiert ist. Beispielsweise kann ein derartiger Träger ein Leiterrahmen (beispielsweise aus Kupfer), ein DAB (direkt Aluminium Bonding), DCB (direkt Kupfer Bonding) Substrat, etc. sein. Auch kann zumindest ein Teil des Trägers zusammen mit der elektronischen Komponente mittels der Einkapselung eingekapselt sein.
Bevorzugt kann eine Oberfläche der elektronischen Komponente (bevorzugt eine gesamte metallische Oberfläche der elektronischen Komponente) zumindest teilweise mit den Erhebungen und Aussparungen wie hier beschrieben versehen sein, bevor sie zumindest teilweise mittels einer Einkapselung eingekapselt wird. Ebenfalls bevorzugt kann eine Oberfläche des Trägers (bevorzugt eine gesamte metallische Oberfläche des Trägers) zumindest teilweise mit den Erhebungen und Aussparungen wie hier beschrieben versehen sein, bevor sie zumindest teilweise mittels einer Einkapselung eingekapselt wird. Dies kann die mechanische Zuverlässigkeit des Packages weiter verbessern.
In einer Ausführungsform weist das Package ein elektrisch leitfähiges Kontaktelement auf, welches die elektronische Komponente mit dem Träger elektrisch koppelt. Bevorzugt kann eine Oberfläche des elektrisch leitfähigen Kontaktelements (bevorzugt eine gesamte metallische Oberfläche des elektrisch leitfähigen Kontaktelements) zumindest teilweise mit den Erhebungen und Aussparungen wie hier beschrieben versehen sein, bevor es zumindest teilweise mittels einer Einkapselung eingekapselt wird. Beispielsweise kann das elektrisch leitfähige Kontaktelement eine Klemme, einen Bonddraht und/oder ein Bondband aufweisen. Eine Klemme kann ein dreidimensional gebogenes plattenartiges Verbindungselement sein, welches zwei planare Sektionen hat, welche mit einer oberen Hauptoberfläche der jeweiligen elektronischen Komponente und einer oberen Hauptoberfläche des Chipträgers zu verbinden sind, wobei die zwei genannten planaren Sektionen mittels einer geneigten Verbindungssektion verbunden sind. Als Alternative zu einer derartigen Klemme ist es möglich, einen Bonddraht oder ein Bondband zu verwenden, welches ein flexibler, elektrisch leitfähiger draht- oder bandförmiger Körper ist, welcher einen Endabschnitt hat, welcher mit der oberen Hauptoberfläche des jeweiligen Chips verbunden ist und einen gegenüberliegenden anderen Endabschnitt hat, welcher mit dem Chipträger elektrisch verbunden ist.
In einer Ausführungsform weist das Verfahren ein Vorbehandeln von zumindest einem Teil der elektronischen Komponente, des Trägers und/oder des elektrisch leitfähigen Kontaktelements zum Fördern der Haftung zwischen der Einkapselung und zumindest einem Teil der elektronischen Komponente, des Trägers und/oder des elektrisch leitfähigen Kontaktelements auf. Somit kann die Haftung zwischen der vorangehend beschriebenen Einkapselung und dem funktionellen Packagekörper verbessert werden, mittels Anwendens einer haftfördernden zusätzlichen Behandlung auf Vorrichtungsebene. Es ist auf äußerst vorteilhafte Weise möglich, das Package oder einen Teil davon (beispielsweise eine metallische Oberfläche davon) vorzubehandeln, um seine Haftungseigenschaften in Bezug auf die vorangehend beschriebene Einkapselung zu verbessern. Beispielsweise ist es möglich, eine Oberflächenaktivierung des Packages oder eines Teils davon auszuführen, welcher mittels der Einkapselung einzukapseln ist. Eine derartige Oberflächenaktivierung kann beispielsweise mittels einer Plasmabehandlung der entsprechenden Oberfläche, insbesondere der entsprechenden metallischen Oberfläche, bewerkstelligt werden.
In einer Ausführungsform ist das Package als eines aus der Gruppe konfiguriert, bestehend aus einem Leiterrahmenverbundenen Leistungsmodul, einem Transistor Outline (TO) Package, einem Quad Flat No Leads Package (QFN) Package, einem Small Outline (SO) Package, einem Small Outline Transistor (SOT) Package, und einem Thin Small Outline Package (TSOP) Package. Auch Packages für Sensoren und/oder mechatronische Vorrichtungen sind mögliche Ausführungsformen. Darüber hinaus können sich beispielhafte Ausführungsformen auch auf Packages beziehen, welche als Nanobatterien oder Nanotreibstoffzellen oder andere Vorrichtungen mit chemischen, mechanischen, optischen und/oder magnetischen Aktoren fungieren. Daher ist das Package gemäß einer beispielhaften Ausführungsform vollständig kompatibel mit Standard Packaging Konzepten (insbesondere vollständig kompatibel mit Standard TO Packaging Konzepten) und erscheint äußerlich als herkömmliches Package, was äußerst benutzerfreundlich ist.
In einer Ausführungsform ist das Package als ein Leistungsmodul konfiguriert, beispielsweise ein eingegossenes Leistungsmodul. Beispielsweise kann eine beispielhafte Ausführungsform des Packages ein intelligentes Leistungsmodul (IPM) sein. Eine andere beispielhafte Ausführungsform des Packages ist ein Dual Inline Package (DIP).
In einer Ausführungsform ist die elektronische Komponente als ein Leistungshalbleiterchip konfiguriert. Somit kann die elektronische Komponente (beispielsweise ein Halbleiterchip) für Leistungsanwendungen verwendet werden, beispielsweise im Automobilbereich, und kann beispielsweise zumindest einen integrierten isoliertes Gate Bipolartransistor (IGBT) und/oder zumindest einen Transistor einer anderen Art (beispielsweise ein MOSFET, ein JFET, etc.) und/oder zumindest eine integrierte Diode haben. Derartige integrierte Schaltkreiselemente können beispielsweise aus Siliziumtechnologie oder basierend auf Breitbandlücken Halbleitern (beispielsweise Siliziumcarbid) sein. Ein Halbleiterleistungschip kann einen oder mehrere Feldeffekttransistoren, Dioden, Inverterschaltkreise, Halbbrücken, Vollbrücken, Treiber, logische Schaltkreise, weitere Vorrichtungen, etc. aufweisen.
In einer Ausführungsform erfährt die elektronische Komponente einen vertikalen Stromfluss. Die Package-Architektur gemäß beispielhaften Ausführungsformen ist besonders geeignet für Hochleistungsanwendungen, in welchen ein vertikaler Stromfluss erwünscht ist, d. h. ein Stromfluss in einer Richtung rechtwinklig zu den zwei gegenüberliegenden Hauptoberflächen der elektronischen Komponente, wobei eine davon zum Montieren der elektronischen Komponente auf dem Träger verwendet wird.
Als Substrat oder Wafer, welcher die Basis der elektronischen Komponenten bildet, kann ein Halbleitersubstrat, insbesondere ein Siliziumsubstrat, verwendet werden. Alternativ kann ein Siliziumoxid oder ein anderes Isolatorsubstrat bereitgestellt sein. Es ist ebenfalls möglich, ein Germaniumsubstrat oder ein III-V Halbleitermaterial zu implementieren. Beispielsweise können beispielhafte Ausführungsformen in GaN oder SiC Technologie implementiert sein.
Ferner können beispielhafte Ausführungsformen Standard-Halbleitungsverarbeitungstechnologien verwenden, beispielsweise geeignete Ätztechnologien (einschließlich isotropischen und anisotropischen Ätztechnologien, insbesondere Plasmaätzen, Trockenätzen, Nassätzen), Strukturiertechnologien (welche lithographische Masken involvieren können), Abscheidungstechnologien (beispielsweise chemische Dampfabscheidung (CVD), plasmaverstärkte chemische Dampfabscheidung (PECVD), Atomschichtabscheidung (ALD), Sputtern, etc.).
Die vorangehend genannten und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen ersichtlich, zusammen mit den beigefügten Zeichnungen, in welchen gleiche Teile oder Elemente mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind.
Figurenliste
Die beigefügten Zeichnungen, welche enthalten sind, um ein tieferes Verständnis von beispielhaften Ausführungsformen bereitzustellen und einen Teil der Beschreibung darstellen, zeigen beispielhafte Ausführungsformen.
In den Zeichnungen:

1A zeigt eine Struktur gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
1B zeigt ein Package gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
3 zeigt eine Querschnittsansicht eines Packages gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, welches auf einer Montagestruktur zu montieren ist.
4 zeigt eine Zwischenschicht einer Struktur für ein Package gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
5 zeigt eine Zwischenschicht einer Struktur für ein Package gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform.
6 bis 9 sind Bilder von Strukturen von Packages gemäß beispielhaften Ausführungsformen.
10 zeigt Hinterschnitte von ersten Erhebungen einer Struktur für ein Package gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
11 zeigt ein Verhältnis zwischen einer vertikalen Tiefe von ersten Erhebungen und einem Abstand zwischen benachbarten ersten Erhebungen einer Struktur für ein Package gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
12 zeigt ein Verhältnis zwischen einer vertikalen Tiefe von ersten Erhebungen und einem Abstand zwischen benachbarten ersten Erhebungen, abgeleitet von einem Bild einer Struktur für ein Package gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.

Ausführliche Beschreibung
Die Darstellung in der Zeichnung ist schematisch und nicht maßstabsgetreu.
Bevor beispielhafte Ausführungsformen ausführlicher mit Bezug auf die Figuren beschrieben werden, werden einige allgemeine Überlegungen zusammengefasst, auf welchen basierend beispielhafte Ausführungsformen entwickelt wurden.
Die Haftung zwischen verschiedenen Materialien ist bei vielen Anwendungen für die Vorrichtungssicherheit unerlässlich. In der Halbleiterindustrie ist besonders die Haftung zwischen einer Formmasse und anderen Packagekomponenten unerlässlich.
Jüngste Studien der vorliegenden Erfinder haben gezeigt, dass, während herkömmliche Lösungen vorsehen, die Haftung mittels mechanischen Verankerns stark zu verbessern, immer noch ein Schwachpunkt an der Schnittstelle zwischen der Formmasse und den anderen Package-Materialien vorliegt, beispielsweise dem Leiterrahmen (oder eigentlich geringfügig über der Schnittstelle). Dieser Schwachpunkt ist an der ersten Schicht der Formmasse positioniert. Ohne an eine spezifische Theorie gebunden sein zu wollen, wird derzeit davon ausgegangen, dass dieser Schwachpunkt von einer reduzierten Biegefestigkeit in diesem Bereich verursacht wird, was dadurch verursacht wird, dass keine Füllstoffe direkt an der Schnittstelle positioniert sind. Daher befindet sich eigentlich eine Schicht aus reinem Harz über einer haftfördernden Schicht auf einem Basiskörper. Die Schicht hat eine sehr geringe Biegefestigkeit im Vergleich mit den Bulk-Eigenschaften des Formmaterials. Diese Schwachstelle befindet sich dort, wo die Delaminierung auftritt - sie kann eigentlich ein kohäsiver Bruch anstatt eines Haftbruchs sein. Da die Biegefestigkeit von Formmassen bei einer erhöhten Temperatur stark nachlässt, kann das Risiko eines kohäsiven Bruchs über der Schnittstelle stark erhöht sein. Daher kann das Verbessern der Biegefestigkeit an der Schnittstelle die Vorrichtungszuverlässigkeit stark erhöhen, besonders bei erhöhter Temperatur.
Ein morphologischer Haftvermittler kann für eine gute Haftung verwendet werden. Ein mechanisches Verankern kann die Haftung verbessern. Allerdings verbessert dies nicht die Biegefestigkeit der Schnittstelle. Daher kann, insbesondere bei einer erhöhten Temperatur, ein Risiko für einen kohäsiven Bruch in dem füllstofffreien Bereich in den ersten Schichten der Formmasse bestehen.
Die vorliegenden Erfinder haben überraschenderweise festgestellt, dass, obwohl ein herkömmlicher Haftvermittler die Haftung in Richtung der Formmasse mittels mechanischen Ineinandergreifens verstärken kann, die Haftung und das mechanische Ineinandergreifen zwischen einer morphologischen Haftvermittlerschicht und der Formmasse so gut funktioniert, dass ein Delaminierungsmechanismus (beispielsweise während Scherungstests) von einem adhäsiven zu einem kohäsiven Modus verschoben wird. Als Ergebnis kann die Formmasse in einem füllstofffreien Bereich aus Formmassenresten in einer morphologischen haftfördernden Schicht brechen. Dies wurde mittels einer TOF SIMS (Time of flight - Secondary Ion Mass Spectrometry) Analyse nachgewiesen.
Zusätzlich wurde herausgefunden, dass eine füllstofffreie Schicht zwischen einem funktionellen Packagekörper und einer Formmasse einen sehr hohen Wert des thermischen Ausdehnungskoeffizienten (CTE) hat, was im Fall von Temperaturänderungen zu einer starken Belastung führen kann.
Die vorliegenden Erfinder ferner herausgefunden, dass, da die schwächste Stelle nicht die Schnittstelle selbst ist, sondern die Biegefestigkeit in dem Formmaterial nahe der Schnittstelle, das Materialsystem mittels Verbesserns der Schnittstellen-Biegefestigkeit weiter verbessert werden kann. Allerdings kann die Biegefestigkeit des Formmaterials nahe der Schnittstelle niedriger sein, da kein Füllstoff direkt an der Schnittstelle vorhanden ist (ähnlich einer reduzierten Biegefestigkeit in ungefülltem Epoxid).
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann es vorteilhaft sein, ein mechanisches Verankern von einem morphologischen Haftvermittler mit einer aufgerauten Oberfläche zu kombinieren. Beispielsweise kann es vorteilhaft sein, eine Mischung aus mikroskopischen und makroskopischen Erhebungen als ein doppelter Haftvermittler zu plattieren. Dies kann die Biegefestigkeit der Schnittstelle verbessern, da die Füllpartikel einer Einkapselung teilweise in eine Zwischenschicht inkorporiert sein können, welche mittels des porösen Haftvermittlers und der Matrix oder Harz der Formmasse gebildet sein kann.
In herkömmlichen Ansätzen kann der füllstofffreie Bereich der Formmassenschnittstelle einen Schwachpunkt darstellen, da der CTE des reinen Epoxids deutlich höher als der CTE der Bulk-Formmasse und ebenfalls deutlich höher als der CTE der Kupferschicht ist. Diese CTE-Fehlanpassung kann eine thermomechanische Belastung induzieren.
Beispielhafte Ausführungsformen können ebenfalls diese CTE-Fehlanpassung reduzieren, da der Füllstoff, welcher in der Zwischenschicht inkorporiert ist, den CTE-Wert der Formmasse verringern kann, somit die thermomechanische Belastung verringern kann.
Insbesondere kann eine beispielhafte Ausführungsform die Verbindung zwischen der Formmasse und anderen Package-Materialien (auch als funktionelle Packagekörper bezeichnet) verbessern, indem die Biegefestigkeit an der Schnittstelle verbessert wird.
Beispielsweise wurde herausgefunden, dass die Haftung des Formmaterials bei Raumtemperatur um ungefähr 30 % erhöht werden kann. Bei höheren Temperaturen kann ein sogar noch höherer Effekt erwartet werden, da die Biegefestigkeit des Harzes bei erhöhter Temperatur verringert ist. Es sind somit Daten verfügbar, welche eine Korrelation zwischen der Scherkraft an der kritischen Materialschnittstelle bei einer hohen Schertemperatur und der temperaturabhängigen Biegefestigkeit zeigen. Insbesondere sind Daten mit mehreren Formmassen, einschließlich TOF-SIMS Messungen, verfügbar, welche zeigen, dass ein kohäsiver Bruch in der füllstofffreien Formmassenschicht über einer morphologischen Haftschicht vorliegt (es befindet sich nach dem Abscheren immer noch Polymer in der morphologischen Haftschicht).
Unter Berücksichtigung des Vorangehenden stellt eine beispielhafte Ausführungsform eine Zwischenschicht an einer Schnittstelle zwischen einer ersten Teilstruktur und einer zweiten Teilstruktur mit einer verbesserten Biegefestigkeit bereit. Genauer stellt eine beispielhafte Ausführungsform eine erste Teilstruktur (beispielsweise ein erstes Material) in Kontakt mit einer zweiten Teilstruktur (beispielsweise ein zweites Material) bereit, wobei das zweite Material ein Verbundmaterial ist, welches Füllstoffe mit verschiedenen Größen und ein Matrixsystem umfasst, welches den Füllstoff zusammenhält. Die erste Teilstruktur kann mit einer bestimmten Rauigkeit versehen sein, welche es zumindest einem Teil der Füllpartikel ermöglicht, in zumindest einen Teil der rauen Schicht einzutreten, während die zweite Teilstruktur auf der ersten Teilstruktur aufgebracht wird. Durch das Ergreifen dieser Maßnahme kann es möglich sein, eine Zwischenschicht an einer Schnittstelle zwischen der ersten Teilstruktur und der zweiten Teilstruktur zu bilden. Die Zwischenschicht kann die erste Teilstruktur, die Matrix der zweiten Teilstruktur und die Füllpartikel der zweiten Teilstruktur umfassen.
Optional und bevorzugt kann die erste Teilstruktur eine Nanostruktur sein, welche mittels des Matrixsystems der zweiten Teilstruktur infiltriert werden kann, während die zweite Teilstruktur auf der ersten Teilstruktur (beispielsweise eine Basisstruktur mit einem morphologischen Haftvermittler) angebracht wird.
Optional und bevorzugt kann die Zwischenschicht mit einer zusätzlichen geschlossenen Schicht unter der nanostrukturierten Schicht versehen sein (beispielsweise eine Keimschicht eines morphologischen Haftvermittlers). Eine derartige zusätzliche Schicht kann auch durch sehr feine Füllpartikel realisiert sein.
In Bezug auf die Dimensionen der Aussparungen oder Porengrößen ist es beispielsweise möglich, die ersten Erhebungen und die ersten Aussparungen mit Dimensionen oder Porengrößen in einem Bereich von 0,1 µm bis 10 µm vorzusehen, beispielsweise 1 µm. Entsprechend ist es beispielsweise möglich, die zweiten Erhebungen und die zweiten Aussparungen mit Dimensionen oder Porengrößen in einem Bereich von 1 nm bis 100 nm vorzusehen, beispielsweise 30 nm.
Insbesondere kann die Kombination aus Makroporösität (bereitgestellt mittels der ersten Erhebungen und der ersten Aussparungen) und Mikroporösität (bereitgestellt mittels der zweiten Erhebungen und der zweiten Aussparungen) aus den folgenden Gründen äußerst vorteilhaft sein: die Mikroporösität kann mittels mechanischen Verankerns die Haftung verstärken, obwohl die Biegefestigkeit einschränkend sein kann, wenn die Mikroporösität ohne Makroporösität bereitgestellt ist. Die Makroporösität kann die Biegefestigkeit an der Schnittstelle mittels Füllstoff-Inkorporation erhöhen. Allerdings kann die Haftung einschränkend sein, wenn die Makroporösität ohne Mikroporösität bereitgestellt ist. Mit einer Kombination aus Mikroporösität und Makroporösität kann eine äußerst vorteilhafte synergistische Verbindung erzielt werden.
Es kann auf vorteilhafte Weise möglich sein, Fasern auf der Oberfläche anzubringen, nach einer Behandlung, welche den morphologischen Haftvermittler bildet, um die Biegefestigkeit während der Einkapselung, insbesondere Eingießens, zu verbessern.
In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann es möglich sein, vor dem Formgießen-Prozess einen dünnen Film einer aktiven Komponente (beispielsweise ein Epoxid-Quervernetzer) oben auf einer morphologischen Haftschicht mittels Eintauchens aufzubringen, welche das Epoxid veranlasst, eine stärkere Vernetzung nahe der Schnittstelle zu haben. Somit kann das Ergreifen dieser Maßnahme die Biegefestigkeit nahe der morphologischen Haftvermittlerschicht weiter erhöhen, während die Biegefestigkeit in der Formmasse unberührt bleibt.
In noch einer weiteren Ausführungsform kann es möglich sein, die morphologische Haftvermittlerschicht (d. h. die erste Teilstruktur, welche die ersten Erhebungen und die ersten Aussparungen und optional die zweiten Erhebungen und die zweiten Aussparungen aufweist) in ein Nanopartikel enthaltendes Bad einzutauchen, so dass die Nanopartikel sich vor dem Einkapseln, insbesondere Formgießen, an der morphologischen Haftschicht ansetzen können.
Auf vorteilhafte Weise kann eine erste Teilstruktur gemäß einer beispielhaften Ausführungsform durch eine ungerichtete, aber homogene Rauigkeit gekennzeichnet sein.
In einer Ausführungsform kann die erste Teilstruktur mit der porösen Schicht als ein ZnV morphologischer Haftvermittler verkörpert sein. In einer Ausführungsform kann die erste Struktur mittels Kupferätzens an Korngrenzen aufbereitet sein. In noch einer anderen Ausführungsform kann die erste Teilstruktur mittels Laser-Oberflächenstrukturierens bearbeitet sein.
1A zeigt eine Struktur 150 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
Die Querschnittsansicht von 1A zeigt die Struktur 150, welche eine erste Teilstruktur 152 und eine zweite Teilstruktur 154 in Kontakt mit der ersten Teilstruktur 152 aufweist. Die zweite Teilstruktur 154 ist ein Verbund, welcher Füllpartikel 156 in einer Matrix 158 aufweist. Eine Oberfläche der ersten Teilstruktur 152 hat ein Oberflächenprofil mit ersten Erhebungen 160 und ersten Aussparungen 162, welche jeweils zwischen zwei benachbarten ersten Erhebungen 160 angeordnet sind und konfiguriert sind, es Füllpartikeln 156 zu ermöglichen, in die ersten Aussparungen 162 einzutreten. Als Ergebnis ist eine Zwischenschicht 164 gebildet, welche die ersten Erhebungen 160 der ersten Teilstruktur 152 und die Füllpartikel 156 in der Matrix 158 der zweiten Teilstruktur 154 aufweist.
1B zeigt ein Package 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
Die Querschnittsansicht des Packages 100, welches in 1B gezeigt ist, zeigt funktionelle Packagekörper 102, 104 in Form eines Trägers 102 und einer elektronischen Komponente 104, welche auf dem Träger 102 montiert ist. Eine Einkapselung 106 kapselt die funktionellen Packagekörper 102, 104 ein.
Wie in einem Detail 111 gezeigt ist, ist eine Struktur 150 (wie in 1A) als eine Schnittstelle zwischen der Einkapselung 106 und einem jeweiligen funktionellen Packagekörper 102, 104 bereitgestellt (1B zeigt dies nur für den Träger 102). Die erste Teilstruktur 152 bildet einen Teil des jeweiligen funktionellen Packagekörpers 102, 104. Die zweite Teilstruktur 154 korrespondiert zu der Einkapselung 106.
2 zeigt ein Flussdiagramm 200 eines Verfahrens zum Herstellen einer Struktur 150 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
Wie in einem Block 202 gezeigt ist, weist das Verfahren das Kontaktieren einer ersten Teilstruktur 152 mit einer zweiten Teilstruktur 154 auf. Korrespondierend zu einem Block 204 weist das Verfahren ferner das Konfigurieren der zweiten Teilstruktur 154 als ein Verbund auf, welcher Füllpartikel 156 in einer Matrix 158 aufweist. Wie mittels eines Blocks 206 gezeigt ist, weist das Verfahren das Konfigurieren einer Oberfläche der ersten Teilstruktur 152 mit einem Oberflächenprofil auf, welches erste Erhebungen 160 und erste Aussparungen 162 hat. Darüber hinaus weist das Verfahren das zumindest teilweise Einbringen von zumindest einem Teil der Füllpartikel 156 in die ersten Aussparungen 162 auf, um eine Zwischenschicht 164 zu bilden, welche die ersten Erhebungen 160 der ersten Teilstruktur 152 und die Füllpartikel 156 in der Matrix 158 der zweiten Teilstruktur 154 aufweist (vergleiche Block 208).
3 zeigt eine Querschnittsansicht eines Packages 100, welches als ein Transistor Outline (TO) Package verkörpert ist, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Das Package 100 ist auf einer Montagestruktur 132 montiert, welche hier als gedruckte Leiterplatte verkörpert ist.
Die Montagestruktur 132 weist einen elektrischen Kontakt 134 auf, welcher als eine Plattierung in einer Durchgangsöffnung der Montagestruktur 132 verkörpert ist. Wenn das Package 100 auf der Montagestruktur 132 montiert ist, ist eine elektronische Komponente 104 des Packages 100 mit dem elektrischen Kontakt 134 via einen elektrisch leitfähigen Träger 102 des Packages 100 elektrisch verbunden, welcher hier als ein Leiterrahmen aus Kupfer verkörpert ist.
Das Package 100 weist somit den elektrisch leitfähigen Träger 102, die elektronische Komponente 104 (welche hier als ein Leistungshalbleiterchip verkörpert ist), welche haftend (siehe Bezugsziffer 136) auf dem Träger 102 montiert ist, und eine Einkapselung 106 auf, welche einen Teil des Trägers 102 und die elektronische Komponente 104 einkapselt.
Wie in Details 113, 115 und 117 gezeigt ist, ist die Einkapselung 106 eine Formmasse, welche eine Matrix 158 (aus Epoxidharz) und Füllpartikel 156 (beispielsweise aus Aluminiumoxid) in der Matrix 158 aufweist. Die Füllpartikel 156 haben einen Durchmesser D.
Wie 3 entnommen werden kann, ist ein Pad auf einer oberen Hauptoberfläche der elektronischen Komponente 104 mit dem Träger 102 via einen Bonddraht als elektrisch leitfähiges Kontaktelement 110 gekoppelt.
Während des Betriebs des Leistungspackages 100 erzeugt der Leistungshalbleiterchip in Form der elektronischen Komponente 104 eine beträchtliche Menge von Wärme. Gleichzeitig soll sichergestellt werden, dass jeder unerwünschte Stromfluss zwischen einer unteren Oberfläche des Packages 100 und einer Umgebung zuverlässig vermieden wird.
Zum Sicherstellen der elektrischen Isolation der elektronischen Komponente 104 und des Ableitens der Wärme aus einem Inneren der elektronischen Komponente 104 in Richtung einer Umgebung kann eine elektrisch isolierende und thermisch leitfähige Schnittstellenstruktur 108 bereitgestellt sein, welche einen freiliegenden Oberflächenabschnitt des Trägers 102 und einen verbundenen Oberflächenabschnitt der Einkapselung 106 an der Unterseite des Packages 100 bedeckt. Die elektrisch isolierende Eigenschaft der Schnittstellenstruktur 108 verhindert einen unerwünschten Stromfluss, selbst in der Anwesenheit von hohen Spannungen zwischen einem Inneren und einem Äußeren des Packages 100. Die thermisch leitfähige Eigenschaft der Schnittstellenstruktur 108 fördert eine Ableitung der Wärme von der elektronischen Komponente 104 via den elektrisch leitfähigen Träger 102 (aus thermisch gut leitfähigem Kupfer) durch die Schnittstellenstruktur 108 und in Richtung eines Wärmeableitungskörpers 112. Der Wärmeableitungskörper 112, welcher aus einem hochgradig thermisch leitfähigen Material sein kann, beispielsweise Kupfer oder Aluminium, hat einen Basiskörper 114, welcher mit der Schnittstellenstruktur 108 direkt verbunden ist, und hat eine Mehrzahl von Kühlrippen 116, welche sich von dem Basiskörper 114 und parallel zueinander erstrecken, um die Wärme in Richtung der Umgebung abzuleiten.
Wieder bezugnehmend auf das Detail 117, ist eine Struktur 150 korrespondierend zu 1A als eine Schnittstelle zwischen der Einkapselung 106 (korrespondierend zu der zweiten Teilstruktur 154) und einer metallischen Oberfläche der elektronischen Komponente 104 (korrespondierend zu der ersten Teilstruktur 152) als funktioneller Packagekörper bereitgestellt. Gemäß und bezugnehmend auf das Detail 113 ist ebenfalls eine Struktur 150 korrespondierend zu 1A als eine Schnittstelle zwischen der Einkapselung 106 (korrespondierend zu der zweiten Teilstruktur 154) und einer metallischen Oberfläche des Trägers 102 (korrespondierend zu der ersten Teilstruktur 152) als weiterer funktioneller Packagekörper bereitgestellt. Bezugnehmend auf das Detail 115 ist ebenfalls eine Struktur 150 korrespondierend zu 1A als eine Schnittstelle zwischen der Einkapselung 106 (korrespondierend zu der zweiten Teilstruktur 154) und einer metallischen Oberfläche des elektrisch leitfähigen Kontaktelements 110 (korrespondierend zu einer ersten Teilstruktur 152 an jeder der gezeigten zwei gegenüberliegenden Oberflächen) als noch ein anderer funktioneller Packagekörper bereitgestellt. Bevorzugt können alle metallischen Oberflächen der funktionellen Packagekörper 102, 104, 110 als erste Teilstruktur 152 konfiguriert sein, zum Bilden einer Zwischenschicht 164 wie in 1A und im Folgenden ausführlicher beschrieben (siehe 4 und 5). Durch das Ergreifen dieser Maßnahme kann die Biegefestigkeit und somit die mechanische Stabilität des Packages 100 erhöht werden und die Tendenz zur Delaminierung innerhalb des Packages 100 kann unterdrückt werden.
4 zeigt eine Zwischenschicht 164 einer Struktur 150 für ein Package 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
Wie gezeigt ist, weist die Struktur 150 eine erste Teilstruktur 152 und eine zweite Teilstruktur 154 in Kontakt mit der ersten Teilstruktur 152 auf.
Die erste Teilstruktur 152 weist einen Basiskörper 176 auf, auf welchem erste Erhebungen 160 gebildet sind. Gemäß 4 verjüngen sich die ersten Erhebungen 160 in Richtung der zweiten Teilstruktur 154. Der Basiskörper 176 und die ersten Erhebungen 160 können aus dem gleichen Material sein, beispielsweise Kupfer. Gemäß 4 sind der Basiskörper 176 und die ersten Erhebungen 160 in direktem physischen Kontakt miteinander. Genauer können der Basiskörper 176 und die ersten Erhebungen 160 integral gebildet sein. Die Oberfläche der ersten Teilstruktur 152 hat zweite Erhebungen 168 und zweite Aussparungen 170, welche auf den ersten Erhebungen 160 und auf den ersten Aussparungen 162 gebildet sind. Beispielsweise kann die Abfolge von zweiten Erhebungen 168 mittels einer porösen ZnV Schicht (oder einer ZnMo Schicht) gebildet sein. Als Ergebnis sind ein erster Abschnitt 172 der ersten Teilstruktur 152, welcher die ersten Erhebungen 160 definiert, und ein zweiter Abschnitt 174 der ersten Teilstruktur 152, welcher die zweiten Erhebungen 168 definiert, aus verschiedenen Materialien.
Die zweite Teilstruktur 154 ist als ein Verbund verkörpert, welcher Füllpartikel 156 (beispielsweise aus anorganischen Materialien, beispielsweise Metalloxid-Kugeln) in einer Matrix 158 (beispielsweise ein Epoxidharz) aufweist.
Wie gezeigt ist, hat eine Oberfläche der ersten Teilstruktur 152 ein Oberflächenprofil oder eine Topologie mit ersten Erhebungen 160 und ersten Aussparungen 162, welche derartig konfiguriert sind, dass sie einigen der Füllpartikel 156 ermöglichen, teilweise oder vollständig in die ersten Aussparungen 162 einzutreten, um dadurch die Zwischenschicht 164 zu bilden. Die Zwischenschicht weist die ersten Erhebungen 160 der ersten Teilstruktur 152 und die Füllpartikel 156 in der Matrix 158 der zweiten Teilstruktur 154 auf.
Wie gezeigt ist, definieren die ersten Erhebungen 160 und die ersten Aussparungen 162 eine grobe erste Rauigkeit. Beispielsweise haben die ersten Erhebungen 160 und die ersten Aussparungen 162 eine Tiefe Rz von ungefähr 1 µm. Eine vertikale Dicke der Zwischenschicht 164 korrespondiert zu der vertikalen Dicke Rz der ersten Erhebungen 160 und kann daher ebenfalls beispielsweise 1 µm sein. Die Füllpartikel 156 können eine Verteilung von verschiedenen Durchmessern D in einem Bereich von 50 nm bis 1 µm haben, wobei auch größere Dimensionen von zumindest einem Teil der Füllpartikel 156 möglich sind. In anderen Worten haben die Füllpartikel 156 eine inhomogene Durchmesserverteilung. Angesichts dieser Dimensionierung der Füllpartikel 156 können diese innerhalb der Zwischenschicht 164 positioniert sein. Beispielsweise können zumindest 1 Volumenprozent, insbesondere zumindest 5 Volumenprozent, weiter insbesondere zumindest 10 Volumenprozent der Zwischenschicht 164 mittels der Füllpartikel 156 beigetragen sein. Ein Abstand L zwischen benachbarten oberen Peaks 166 der ersten Erhebungen 160 kann beispielsweise 2 µm sein. Somit kann ein Verhältnis zwischen der Tiefe Rz und dem Abstand L 0,5 sein. Dieser relativ große Wert stellt sicher, dass das Material der Zwischenschicht 164 eine geeignete und äußerst inhomogene Mischung aus dem Material der Matrix 158, den Füllpartikeln 156 und den ersten Erhebungen 152 ist.
Wie auch 4 entnommen werden kann, definieren die zweiten Erhebungen 168 und die zweiten Aussparungen 170 eine feinere zweite Rauigkeit, welche kleiner als die gröbere erste Rauigkeit ist. Anschaulich sind die zweiten Erhebungen 168 auf einer jeweiligen ersten Erhebungen 152 moduliert. Die zweiten Erhebungen 168 und die zweiten Aussparungen 170 haben nanoporöse Eigenschaften und vergrößern dadurch die Kontaktoberfläche zwischen der ersten Teilstruktur 152 und der zweiten Teilstruktur 154, um dadurch weiter die Haftung zu verstärken. Beispielsweise haben die zweiten Erhebungen 168 und die zweiten Vertiefungen 170 eine Tiefe B von ungefähr 30 nm. Hinsichtlich ihrer kleineren Dimensionen sind die zweiten Erhebungen 168 und die zweiten Aussparungen 170 derartig konfiguriert, dass sie dem Material der Matrix 158 ermöglichen, in die zweiten Aussparungen 170 einzutreten, wohingegen die größeren Füllpartikel 156 nicht fähig sind, in die zweiten Aussparungen 170 einzutreten. Anschaulich vergrößern die zweiten Erhebungen 168 die Kontaktoberfläche mit dem Material der Matrix 158 und wirken dadurch als ein poröser morphologischer Haftvermittler.
Auf vorteilhafte Weise können die Füllpartikel 156 mit einem Wert des thermischen Ausdehnungskoeffizienten versehen sein, welcher - als Folge der Materialauswahl - derartig ausgewählt ist, dass die Anwesenheit der Füllpartikel 156 in der Zwischenschicht 164 eine Fehlanpassung zwischen den thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Material der ersten Teilstruktur 152 und dem Material der zweiten Teilstruktur 154 reduziert, im Vergleich mit einem Szenario, in welchem keine Füllpartikel 156 in der Zwischenschicht 164 angeordnet sind, d. h. einem Szenario, in welchem die ersten Aussparungen 162 vollständig mit dem Material der Matrix 158 gefüllt sind.
Optional und wie in dem Detail 119 gezeigt ist, kann die Struktur 150 ein zusätzliches haftförderndes Material 180 zwischen den zweiten Erhebungen 168 und den zweiten Aussparungen 170 einerseits und der zweiten Teilstruktur 154 andererseits aufweisen. Ein derartiges zusätzliches haftförderndes Material 180 kann beispielsweise als ein haftfördernder dünner Film verkörpert sein.
Mit der Konfiguration gemäß 4 kann eine Schnittstelle zwischen der ersten Teilstruktur 152 und der zweiten Teilstruktur 154 mit einer verbesserten Biegefestigkeit durch das Bilden der Zwischenschicht 164 bereitgestellt sein. Die Schnittstelle mit der verbesserten Biegefestigkeit kann mittels der Zwischenschicht 164 erzielt werden, beruhend auf einer Kombination von mikroskopischen und makroskopischen haftfördernden Strukturen in Form der größeren ersten Erhebungen 160 und der kleineren zweiten Erhebungen 168, wobei jede Gruppe von zweiten Erhebungen 168 auf einer der ersten Erhebungen 160 oder auf einer der ersten Aussparungen 162 gebildet ist. Als Ergebnis kann ein verbesserter Schnittstellenbereich neben einer Kupferoberfläche erzielt werden. Ein morphologischer Haftvermittler kann als zweite Erhebungen 168 gebildet sein (beispielsweise mittels Elektroplattierens oder mittels Atomschichtabscheidung, ALD). Die erste Teilstruktur 152 kann dann auf eine stark haftende Weise mit der zweiten Teilstruktur 154 verbunden werden, welche die Matrix 158 (welche beispielsweise als (beispielsweise Polymer) Harz verkörpert ist) und die Füllpartikel 156 aufweist.
Auf vorteilhafte Weise hat die Zwischenschicht 164 einen niedrigeren CTE Wert als reines Epoxidmaterial entsprechend der Matrix 158. Indem es den Füllpartikeln 156 ermöglicht wird, in die ersten Aussparungen 162 einzutreten, tritt eine CTE-Kompensation auf, was zu einer niedrigeren Belastung führt.
Als eine Alternative zu der Darstellung in 4 kann es möglich sein, dass die Poren in Form der ersten Aussparungen 162 einen Seitenwandwinkel von kleiner als 90° (anstelle von größer als 90°, wie in 4 gezeigt ist) zeigen. Eine derartige Konfiguration mit einem Seitenwandwinkel von kleiner als 90° ist in 10 auf der rechten Seite gezeigt und kann zu der Bildung von Hinterschnitten 151 führen, was weiter die Haftung fördert.
Bezugszeichen 121 in 4 zeigt schematisch einen wahrscheinlichen Risspfad, entlang welchem ein Riss in der Struktur 150 auftreten kann, in dem Fall, dass eine übermäßige mechanische Last auf die Struktur 150 ausgeübt wird (beispielsweise eine Scherkraft). Wie gezeigt ist, wird der Risspfad 121 wesentlich verlängert und komplexer gemacht, indem sichergestellt ist, dass die Füllpartikel 156 in einer wesentlichen Menge in den ersten Aussparungen 162 angeordnet sind. Anschaulich kann die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Rissen oder Fissuren innerhalb der Zwischenschicht 164 dadurch reduziert werden und die mechanische Stabilität der Struktur 150 als Ganzes kann verbessert werden.
5 zeigt eine Zwischenschicht 164 einer Struktur 150 für ein Package 100 gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform.
Die Ausführungsform von 5 unterscheidet sich von der Ausführungsform von 4 insbesondere darin, dass gemäß 5 der erste Abschnitt 172 der ersten Teilstruktur 152, welcher die ersten Erhebungen 160 definiert, und der zweite Abschnitt 174 der ersten Teilstruktur 152, welcher die zweiten Erhebungen 168 definiert, aus dem gleichen Material sind und integral gebildet sein können. Diese Konfiguration kann es ermöglichen, die ersten Erhebungen 160 und die zweiten Erhebungen 168 in einem gemeinsamen gleichzeitigen Prozess zu bilden, bevorzugt mittels Elektroplattierens.
Ferner sind gemäß 5 der Basiskörper 176 und die ersten Erhebungen 160 aus verschiedenen Materialien. Beispielsweise kann der Basiskörper 176 aus Kupfer sein, wohingegen die ersten Erhebungen 160 und die zweiten Erhebungen 168 integral (beispielsweise aus ZnV) gebildet sein können. Darüber hinaus zeigt 5 eine optionale intermediäre Schicht 178, beispielsweise eine Keimschicht, zwischen dem Basiskörper 176 und den ersten Erhebungen 160 (siehe Detail 123). Die intermediäre Schicht 178 kann die Haftung zwischen dem Material des Basiskörpers 176 einerseits und der ersten und zweiten Erhebungen 160, 168 andererseits fördern.
6 bis 9 sind Bilder von Strukturen 150 von Packages 100 gemäß beispielhaften Ausführungsformen.
6 zeigt eine Draufsicht einer ersten Teilstruktur 152 und zeigt insbesondere eine teppichartige Anordnung der ersten Erhebungen 160. 6 zeigt ein SEM (Rasterelektronenmikroskop) Bild.
7 ist eine Querschnittsansicht korrespondierend zu 6 und zeigt insbesondere die ersten Erhebungen 160 auf einem Basiskörper 176. 7 (und entsprechend 8 und 9) zeigt ein TEM (Transmissions-Elektronenmikroskop) Bild.
8 zeigt ein Detail 125, welches in 7 definiert ist.
9 zeigt einen vergrößerten Teil von 8. Daraus sind auch die zweiten Erhebungen 168 auf den ersten Erhebungen 160 sichtbar.
In Kombination zeigen 6 bis 9, dass die ersten Erhebungen 160 und die zweiten Erhebungen 168 auf eine zufällige Weise über einem kontinuierlichen Oberflächenbereich angeordnet sind. Der doppelte morphologische Haftvermittler in Form der Erhebungen 160, 168 ist hier als eine ZnV Schicht mit einer Gesamtschichtdicke von 0,2 µm verkörpert. Die zweiten Erhebungen 168 können als Zn Dendriten oder Kristalle verkörpert sein und können eine Dimension in einem Bereich von 10 nm bis 20 nm haben. Genauer sind die Erhebungen 160, 168 hier als eine poröse Hülle aus Vanadiumoxid mit Zinkbahnen verkörpert.
Allgemeiner können beispielhafte Ausführungsformen die ersten Erhebungen 160, welche eine Makro-Rauigkeit haben, mit den zweiten Erhebungen 168 kombinieren, welche eine Nano-Rauigkeit haben. Typische Dimensionen der makroskopischen ersten Erhebungen 160 können in einem Bereich von 100 nm bis 1 µm sein, wobei die Nano-Rauigkeit der zweiten Erhebungen 168 typischen Dimensionen in einem Bereich von 1 nm bis 30 nm entsprechen kann.
10 zeigt Hinterschnitte 151 der ersten Erhebungen 160 einer Struktur 150 für ein Package 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
Wenn ein oder mehrere Hinterschnitte 151 zwischen dem Basiskörper 176 und den ersten Erhebungen 160 gebildet sind, kann ein sehr ausgeprägtes mechanisches Ineinandergreifen und dadurch eine Haftung innerhalb der Zwischenschicht 164 erzielt werden (siehe rechte Seite von 10). 10 zeigt, dass Bereiche mit (siehe rechte Seite von 10) und ohne (siehe linke Seite von 10) Hinterschnitte 151 kombiniert sein können. Die Anwesenheit von Hinterschnitten 151 korrespondiert zu einer Porengeometrie mit einem Seitenwinkel kleiner als 90° (d. h. Bilden der Hinterschnitte 151).
11 zeigt schematisch ein Verhältnis zwischen einer vertikalen Tiefe Rz der ersten Erhebungen 160 und einem Abstand L zwischen benachbarten ersten Erhebungen 160 einer Struktur 150 für ein Package 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.12 zeigt ein korrespondierendes experimentell aufgenommenes Bild.
Eine erste Teilstruktur 152 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann mittels eines Geometriefaktors Rz/L größer als 0,2 (insbesondere in einem Bereich von 0,2 bis 5) gekennzeichnet sein. In diesem Kontext kann Rz eine Höhe der ersten Erhebungen 160 bezeichnen, und L kann einen Abstand zwischen benachbarten Peaks der ersten Erhebungen 160 bezeichnen. Beispielsweise kann ein absoluter Wert von Rz in einem Bereich von 0,1 µm bis 10 µm sein, beispielsweise 1 µm.
Es wird angemerkt, dass der Begriff „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Merkmale ausschließt und dass „ein“ oder „eine“ keine Mehrzahl ausschließen. Auch Elemente, welche in Zusammenhang mit verschiedenen Ausführungsformen beschrieben sind, können kombiniert werden.

Claims

Eine Struktur (150), wobei die Struktur (150) aufweist: • eine erste Teilstruktur (152); und • eine zweite Teilstruktur (154), welche mit der ersten Teilstruktur (152) gekoppelt ist und welche ein Verbund ist, welcher Füllpartikel (156) in einer Matrix (158) aufweist; • wobei eine Oberfläche der ersten Teilstruktur (152) ein Oberflächenprofil mit ersten Erhebungen (160) und ersten Aussparungen (162) hat, welche konfiguriert sind, zumindest einem Teil der Füllpartikel (156) zu ermöglichen, zumindest teilweise in die ersten Aussparungen (162) einzutreten, um dadurch eine Zwischenschicht (164) zu bilden, welche die ersten Erhebungen (160) der ersten Teilstruktur (152) und Füllpartikel (156) in der Matrix (158) der zweiten Teilstruktur (154) aufweist; • wobei die Oberfläche der ersten Teilstruktur (152) zweite Erhebungen (168) und zweite Aussparungen (170) hat, welche auf den ersten Erhebungen (160) und den ersten Aussparungen (162) gebildet sind; • wobei die zweiten Aussparungen (170) dimensioniert sind, zumindest einem Teil der Matrix (158) zu ermöglichen, zumindest teilweise in die zweiten Aussparungen (170) einzutreten und dimensioniert sind, zu verhindern, dass die Füllpartikel (156) in die zweiten Aussparungen (170) eintreten.
Die Struktur (150) gemäß Anspruch 1, wobei die ersten Erhebungen (160) und die ersten Aussparungen (162) eine Tiefe (Rz) in einem Bereich von 0,1 µm bis 50 µm haben, insbesondere in einem Bereich von 0,1 µm bis 10 µm, weiter insbesondere in einem Bereich von 0,6 µm bis 5 µm.
Die Struktur (150) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei zumindest ein Teil der Füllpartikel (156) einen Durchmesser (D) in einem Bereich von 10 nm bis 10 µm hat, insbesondere in einem Bereich von 20 nm bis 2 µm, weiter insbesondere in einem Bereich von 50 nm bis 1 µm.
Die Struktur (150) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Verhältnis zwischen einer Tiefe (Rz) der ersten Erhebungen (160) und einem Abstand (L) zwischen oberen Spitzen (166) von benachbarten ersten Erhebungen (160) zumindest 0,2 ist, insbesondere in einem Bereich von 0,2 bis 5.
Die Struktur (150) gemäß Anspruch 1, wobei die zweiten Erhebungen (168) und die zweiten Aussparungen (170) eine Tiefe (B) in einem Bereich von 1 nm bis 100 nm haben, insbesondere in einem Bereich von 10 nm bis 50 nm, weiter insbesondere in einem Bereich von 10 nm bis 30 nm.
Die Struktur (150) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die erste Teilstruktur (152) einen Basiskörper (176) aufweist, auf welchem die ersten Erhebungen (160) gebildet sind.
Die Struktur (150) gemäß Anspruch 6, aufweisend zumindest eines der folgenden Merkmale: wobei der Basiskörper (176) und die ersten Erhebungen (160) aus dem gleichen Material sind; wobei der Basiskörper (176) und die ersten Erhebungen (160) aus verschiedenen Materialien sind; wobei der Basiskörper (176) und die ersten Erhebungen (160) in direktem physischen Kontakt miteinander sind; aufweisend eine intermediäre Schicht (178), insbesondere eine Keimschicht, zwischen dem Basiskörper (176) und den ersten Erhebungen (160); wobei zumindest ein Hinterschnitt (151) zwischen dem Basiskörper (176) und den ersten Erhebungen (160) gebildet ist, wobei insbesondere der zumindest eine Hinterschnitt (151) zum Fördern eines mechanischen Ineinandergreifens und somit Haftens in der Zwischenschicht (164) gebildet ist und/oder wobei der zumindest eine Hinterschnitt (151) zu einer Porengeometrie mit einem Seitenwinkel korrespondiert, welcher kleiner als 90° ist.
Die Struktur (150) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Füllpartikel (156) einen Wert des thermischen Ausdehnungskoeffizienten haben, welcher so ausgewählt ist, dass die Anwesenheit der Füllpartikel (156) in der Zwischenschicht (164) eine Fehlanpassung zwischen den thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen der ersten Teilstruktur (152) und der zweiten Teilstruktur (154) reduziert.
Die Struktur (150) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die zweiten Erhebungen (168) und die zweiten Aussparungen (170) als ein Haftvermittler konfiguriert sind, insbesondere als ein morphologischer Haftvermittler, weiter insbesondere als ein poröser Haftvermittler.
Die Struktur (150) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei zumindest eine von den ersten Erhebungen (160) und den zweiten Erhebungen (168) in einer zufälligen Weise über einen kontinuierlichen Oberflächenbereich hinweg angeordnet sind.
Ein Package (100) aufweisend: • zumindest einen funktionellen Packagekörper (102, 104, 110) ; • eine Einkapselung (106), welche zumindest einen Teil des zumindest einen funktionellen Packagekörpers (102, 104, 110) einkapselt; und • eine Struktur (150) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10 als eine Schnittstelle zwischen der Einkapselung (106) und zumindest einem Teil des zumindest einen funktionellen Packagekörpers (102, 104, 110), wobei die erste Teilstruktur (152) einen Teil des zumindest einen funktionellen Packagekörpers (102, 104, 110) bildet und die zweite Teilstruktur (154) zumindest einen Teil der Einkapselung (106) bildet.
Das Package (100) gemäß Anspruch 11, wobei der zumindest eine funktionelle Packagekörper (102, 104, 110) zumindest eines aus der Gruppe aufweist, bestehend aus einem Träger (102) zum Tragen einer elektronischen Komponente (104), einer elektronischen Komponente (104), und einem elektrisch leitfähigen Kontaktelement (110) zum elektrischen Koppeln einer elektronischen Komponente (104) mit einem Träger (102).
Das Package (100) gemäß Anspruch 11 oder 12, aufweisend zumindest eines der folgenden Merkmale: wobei die Struktur (150) als eine Schnittstelle zwischen der Einkapselung (106) und einer metallischen Oberfläche des zumindest einen funktionellen Packagekörpers (102, 104, 110) gebildet ist; wobei das Package (100) ein Leistungsmodul ist.
Ein Verfahren zum Herstellen einer Struktur (150), wobei das Verfahren aufweist: • Koppeln einer ersten Teilstruktur (152) mit einer zweiten Teilstruktur (154); • Konfigurieren der zweiten Teilstruktur (154) als ein Verbund, welcher Füllpartikel (156) in einer Matrix (158) aufweist; • Konfigurieren einer Oberfläche der ersten Teilstruktur (152) mit einem Oberflächenprofil, welches erste Erhebungen (160) und erste Aussparungen (162) hat; und • zumindest teilweises Einbringen von zumindest einem Teil der Füllpartikel (156) in die ersten Aussparungen (162), um eine Zwischenschicht (164) zu bilden, welche die ersten Erhebungen (160) der ersten Teilstruktur (152) und Füllpartikel (156) in der Matrix (158) der zweiten Teilstruktur (154) aufweist; • Bilden von zweiten Erhebungen (168) und zweiten Aussparungen (170) auf den ersten Erhebungen (160) und den ersten Aussparungen (162), wobei die zweiten Erhebungen (168) und die zweiten Aussparungen (170) kleinere Dimensionen als die ersten Erhebungen (160) und die ersten Aussparungen (162) haben; • wobei die zweiten Aussparungen (170) dimensioniert sind, zumindest einem Teil der Matrix (158) zu ermöglichen, zumindest teilweise in die zweiten Aussparungen (170) einzutreten und dimensioniert sind, zu verhindern, dass die Füllpartikel (156) in die zweiten Aussparungen (170) eintreten.
Das Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei das Verfahren aufweist: Verwenden der Struktur (150) als eine Schnittstelle zwischen der zweiten Teilstruktur (154), insbesondere eine Einkapselung (106), und zumindest einem Teil der ersten Teilstruktur (152), insbesondere zumindest eines von einem Träger (102) und einer elektronischen Komponente (104), um dadurch ein Package (100) zu bilden.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 15, wobei das Verfahren aufweist Bilden von zumindest einer der ersten Aussparungen (160) und der zweiten Aussparungen (168) mittels Elektroplattierens.
Das Verfahren gemäß Anspruch 14 bis 16, wobei das Verfahren aufweist Bilden der ersten Erhebungen (160) und der zweiten Erhebungen (168) in einem gemeinsamen Prozess, insbesondere gleichzeitig.